Занимательная химия для детей и взрослых - Илья Леенсон

Рассмотренные методы привлекательны тем, что не наносят никакого вреда картине. Но иногда приходится брать на анализ небольшой фрагмент произведения, чтобы эксперты смогли провести микрохимический анализ красок. Такой анализ часто позволяет уточнить как эпоху, так и место создания картины. Старые мастера сами готовили краски, часто используя пигменты, добытые из местных источников. Так, в античные времена применяли свинцовые белила (основной карбонат свинца), киноварь (природная красная модификация сульфида ртути), малахит (основной карбонат меди), индиго (его получали из сока тропических растений), кошениль (выделяли из насекомых), шафран (желтая краска из высушенных и измельченных цветков шафрана).

В Средние века к этим пигментам добавились мумия из Египта (коричневый гидратированный оксид железа), кверцитрон (желтая краска из коры бархатного дуба), ультрамарин, «кёльнская земля» (пигмент из бурого угля), китайская тушь. И только в XIX в. появились многочисленные синтетические неорганические пигменты – кадмиевый желтый (CdS), хромовый оранжевый (PbCrO4), искусственный ультрамарин (алюмосиликат состава 2(Na2O · Al2O3· 3SiO2) · Na2S4), ауреолин, или кобальтовый желтый (K3Co(NO2)6) и др. В ХХ в. в обиход художников вошли титановые белила (на основе TiO2), марсовые пигменты (получаемые прокаливанием осадка от смешения гашеной извести и железного купороса), различных оттенков соединения марганца.

Разнообразие стойких пигментов с высокой кроющей способностью позволило художникам значительно обогатить свою палитру. Для фальсификаторов же появилась дополнительная головная боль: не внести в «старинную» картину пигмент, который вошёл в обиход позднее. Например, некоторые подделки под старых голландских мастеров были разоблачены, когда спектральными методами в них обнаружили тенарову синь. В то же время было известно, что в Голландии эту кобальтовую краску начали использовать лишь с 1840 г.

Применяются для установления времени создания картины и методы радиоактивной датировки. Об одном из них, с использованием излучения радия и полония, было рассказано в первой главе.

В настоящее время репутация химии далека от той, которую она заслуживает. Простые люди практически ничего не знают о вкладе химии в их собственное благополучие, зато нет недостатка в публикациях и сообщениях на тему загрязнения окружающей среды, так или иначе связанного с химическими веществами. Проблема хемофобии (от греч. phobos – «страх») достигла такого уровня, что некоторые ведущие химические компании поспешили исключить слово «химия» из своих фирменных знаков. Очень мало знают люди (и даже многие химики) о выдающихся успехах, достигнутых химиками. В этой главе будет рассказано о ряде таких достижений, которые, как и спортивные рекорды, достойны того, чтобы о них знали. Некоторые из приведенных фактов с соответствующими комментариями взяты из известной Книги рекордов Гиннесса, некоторые – из справочных изданий и пятитомной Химической энциклопедии (1988–1998 гг.), большинство – из изданной в ФРГ в 1999 г. книги Р. Фауста, Г. Кнауса и У. Зимелинга «Мировые рекорды в химии». Конечно, за прошедшие годы некоторые рекорды, касающиеся синтеза необычных структур, могли устареть. Однако многие из них побить так же трудно, как, например, мировой рекорд в беге на 100 м…

Самый распространенный элемент: в земной коре (литосфере) – кислород (46,60 % по массе), в атмосфере – азот (78,09 %), вне Земли – водород (90 %). Самый редкий элемент из существующих в природе – астат (во всей земной коре его всего лишь 0,16 г). Из простых веществ при обычных условиях самый тяжелый металл – иридий, его плотность 22,65 г/см3; чуть-чуть отстал от иридия осмий (22,61 г/см3). Гирю в виде шара из этих металлов радиусом всего 10 см вы не сможете даже оторвать от пола! Напомним, что плотность ртути – 13,6 г/см3 (это самая тяжелая при обычных условиях жидкость), а свинца – «всего» 11,3 г/см3.

Самый легкий металл – литий (0,534 г/см3), он в 42 раза легче иридия и даже легче бензина! Следующий по плотности металл – натрий почти вдвое тяжелее. Самое тяжелое газообразное простое вещество – радон (плотность 9,73 г/л), а самое легкое – водород (0,09 г/л, этот газ в 108 раз легче радона!). Если рассматривать не только элементы, то на роль самого тяжелого при комнатной температуре газа будет, вероятно, претендовать бесцветный фторид вольфрама(VI) WF6 (12,9 г/л при 20 °С), а при температуре выше 50 °С – легколетучий UF6. Если WF6 охладить ниже 17 °С, он перейдет в очень тяжелую жидкость с плотностью 3,44 г/см3; ведерко объемом 10 л с такой жидкостью будет весить более 34 кг! Еще тяжелее водный раствор смеси солей таллия муравьиной и малоновой кислот (формиата и малоната) в соотношении 1 : 1 по массе. При растворении этих солей в указанной пропорции в минимальном количестве воды образуется раствор с уникальной плотностью 4,324 кг/л при 20 °С, а горячий раствор (при 95 °С) можно довести до плотности 5,0 кг/л. В таком растворе плавают кварц, корунд и даже гранит. А самая легкая при комнатной температуре и атмосферном давлении жидкость – изопентан (СН3)2СНСН2СН3 (0,62 г/см3). Жидкий бутан при температуре кипения (–0,5 °С) имеет плотность 0,58 г/см3, а жидкий водород при температуре кипения (–252,8 °С) – 0,071 г/см3; такая жидкость в 10-литровом ведре будет весить всего 710 г!

Самый твердый металл – технический хром (хром высокой степени чистоты не такой твердый), а самый мягкий – цезий. Наибольшая теплопроводность – у серебра, наименьшая – у ртути (почти в 50 раз меньше, чем у серебра); наибольшая электропроводность – тоже у серебра (следующими в порядке уменьшения электропроводности идут медь, золото и алюминий), а наименьшая – у германия (почти в 60 000 раз меньше, чем у серебра!). Самый высокий потенциал ионизации – у гелия-4 (24,59 эВ).

Такую энергию имеют фотоны в дальней (вакуумной) ультрафиолетовой области с длиной волны 50 нм. Легче всего оторвать электрон от атома цезия – всего 3,89 эВ; атомы цезия могут подвергаться ионизации уже под действием солнечного света с длиной волны менее 320 нм.

Самая большая критическая масса у урана-235 – 48 кг (но так как уран очень тяжелый, радиус уранового шара в такой атомной бомбе невелик – всего около 9 см). Наименьшая – у калифорния-251 (всего 10 г).

Наиболее ковкий металл – золото: из 1 г можно вытянуть проволоку длиной 2,4 км; такая золотая проволочка в 10 раз тоньше человеческого волоса. Самый тугоплавкий металл – вольфрам, он плавится при 3380 °C. При более высокой температуре (4215 °С) плавится лишь твердый раствор карбидов гафния и тантала.

Самый большой атом вовсе не урановый (№ 92 в периодической системе) или атом одного из недавно открытых элементов конца периодической системы, например дармштадтия (№ 110) или рентгения (№ 111). Действительно, радиус атома урана – самого тяжелого элемента, который Д. И. Менделеев разместил в конце своей знаменитой таблицы, равен 154 пм, тогда как диаметр еще 16 атомов превышает это значение. Самый большой из них – атом цезия (272 пм), второе «призовое место» занимает рубидий (250 пм), третье – калий (235 пм). Четвертое и пятое места заняли соответственно атомы бария (224 пм) и стронция (215 пм). Зато никаких неожиданностей при определении самого маленького атома; конечно, это атом первого элемента в периодической системе, атом водорода (37 пм).